JP3922780B2

JP3922780B2 - Fuel injection valve and driving method thereof

Info

Publication number: JP3922780B2
Application number: JP00255998A
Authority: JP
Inventors: 毅彦加藤; 弘芝松岡; 清則関口
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 1998-01-08
Filing date: 1998-01-08
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2018-01-08
Also published as: JPH11200981A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧燃料を噴射し、かつ、高い噴射量調量精度が要求される直接噴射式のディーゼルエンジン、ガソリンエンジンに用いられる燃料噴射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高圧燃料を噴射する燃料噴射弁としては、電歪アクチュエータ、及び、ソレノイドをアクチュエータとして用いる公知の燃料噴射弁がある。図１３は、その例として、電歪アクチュエータをアクチュエータとして用いる公知の燃料噴射弁である特公平４−５４０６５に示される燃料噴射弁の横断面図である。
【０００３】
ニードル１０１のガイド部１０２により背圧室１０３と油だまり１０４とが隔離されており、ニードル１０１には、頂面に接するスプリング１０５による下向き荷重と、ガイド部１０２の直径相当にかかる下向き背圧荷重と、環状のシート部より内側に相当するサック部１０７の圧力による上向き荷重と、ガイド部１０２の直径とシート部１０６の直径の直径差空成る面積に油だまりの燃料圧がかかることによる上向き荷重が作用している。背圧が規定圧の時には荷重の総和が下向きになることで閉弁しており、電歪アクチュエータ１０９の伸縮などアクチュエータの作動による背圧室１０３の油圧低下でニードル１０１を下方に押し下げている背圧荷重が減少し、荷重が上向きになるとニードル１０１は上昇する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
内燃機関の排気浄化や燃費改善には、１噴射期間中の噴射率を制御するなどの高精度な制御が可能となる噴射弁が求められており、そのためには、ニードルの変位量、作動応答などの高精度な制御が求められる。
前記公知の燃料噴射弁では、背圧を低下させることでニードルの上向き荷重を増加させて開弁を行っているが、本発明の制御圧力室に相当する背圧室内の燃料は圧力が低下するとともにその圧縮率が下がり（容積変化量に対する圧力変化量の割合が小さくなる）、ニードルの微小変位に対して背圧が変化しにくくなるので、開弁中のニードルのふらつきが大きい。
【０００５】
また、電歪アクチュエータを急激に大きく変位させることで、背圧室内には振幅の大きい圧力脈動が発生するため、ニードルの荷重も変動し変位量が影響されてしまう。
これらの理由から、背圧室の減圧による開弁を行う従来公知の噴射弁では、高精度な噴射量制御は達成できない。
【０００６】
本発明は、前記の課題を解決するため、制御圧力室を加圧することで開弁する噴射弁の構成とし、１噴射期間中の燃料噴射率を制御するなどの高精度な制御が可能な燃料噴射弁及び、エンジン条件に応じた最適な噴射率で燃料噴射することが可能となり、燃料消費の向上、排気ガスの浄化などが実現できる燃料噴射弁の駆動方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するため、請求項１ないし請求項５に記載の技術的手段を採用する。
請求項１に記載の燃料噴射弁では、第１ガイド軸と第２ガイド軸の段差により形成される第１の下向きの受圧面を制御圧力室に連通または露呈させてあり、また電歪アクチュエータの変位量を印加電圧値により制御することにより制御圧力室の圧力を高精度に制御できる。ニードルは制御圧力室が加圧されることにより上昇し、ニードルスプリングのスプリング力と制御圧力室の圧力による荷重により、そのリフト量が決定されるので、ニードルのリフト量を電歪アクチュエータに印加する電圧値によって高精度に制御することができる。
【０００８】
また、ニードルの第３ガイド軸の頂面周りの燃料室まで燃料噴射弁に供給される高圧の噴射燃料を導入する燃料圧伝達路を設けているので、ニードル上部に燃料圧による下向きの荷重を加えることができ、従って、ニードルの上昇に対抗するニードルスプリング荷重を前記の荷重相当分小さくすることができ、ニードルスプリングを小型化、低バネ定数化し易く、低バネ定数ではニードル上昇時の下向き荷重増加が小さくてすむため、電歪アクチュエータの変位量が小さくてすみ、電歪アクチュエータも小型にできる。
【０００９】
請求項２に記載の燃料噴射弁では、更に、油だまりとドレン穴とを隔離すると共に第１ガイド軸と第４ガイド軸の段差により形成される第２の下向きの受圧面をドレン穴に露呈させ、かつ第１ガイド軸より細径の第４ガイド軸を設けている。従って、第４ガイド軸と第１ガイド軸の段差に相当する面積に荷重が作用しないので、上向き荷重が更に低下する。上向き荷重が減少しているので、対抗する下向き荷重は小さくでき、ニードルスプリング力は更に小さくできる。
【００１０】
スプリング力は設定荷重が小さいほどスプリングを小型化、低バネ定数化し易く、低バネ定数ではニードル上昇時の下向き荷重増加が小さくてすむため、電歪アクチュエータの変位量が更に小さくてすみ、電歪アクチュエータも更に小型にできる。
請求項３に記載の燃料噴射弁では、更にロッドがニードルと分割されているが、ニードルとロッドは密着するので、作用・効果は請求項２の場合と同じになる。
【００１１】
請求項４に記載の燃料噴射弁では、逆止弁より上流側に噴射燃料圧よりも低い一定の圧力にて下流の逆止弁側に燃料を供給するレギュレータを設けているので、噴射燃料圧が高く、制御圧力室と噴射燃料圧を同等にすると電歪アクチュエータにかかる荷重が許容荷重を越えてしまう場合には、レギュレータを設けることで制御圧力室の内圧を電歪アクチュエータの許容荷重を越えない範囲に制御され、電歪アクチュエータの荷重は許容範囲内に保たれるので、噴射燃料圧によらず電歪アクチュエータの適正な作動を得ることができる。
【００１３】
請求項５に記載の燃料噴射弁の駆動方法では、電歪アクチュエータの伸長による制御圧力室の圧力上昇量が開弁に要求される圧力上昇量よりもわずかに低くなるような開弁前昇圧をおこなうように電歪アクチュエータに印加する電圧を徐々に上昇するので、燃料噴射遅れがなくなり、燃料消費の向上、排気ガスの浄化などが実現できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は第１の発明に対応する第１実施形態のシステム図である。
図１において、電歪アクチュエータ１は噴射弁ケーシング２内において、上端面３をケーシング壁面４に接し、下端面５をピストン上端面６に接する。アクチュエータ１の側面上部からリード線７が出ており、噴射弁ケーシング２の穴８を通って噴射弁外部の駆動回路９に連結されている。ピストン１０は、スプリング１１により上方へ押され、電歪アクチュエータ１と密着することで電歪アクチュエータ１の伸縮により上下動する。ピストン側面１２は、噴射弁ケーシング２のガイド面１３に対してわずかなクリアランスを有し、制御圧力室１４とアクチュエータ室１５とを隔離したまま摺動可能である。
【００１５】
ニードル２０は、下方のシート部２１にてノズルケーシング２２と着座することで、噴孔２３を経て外部へ開口するサック部２４とノズルケーシング２２内の油だまり２５との連通を遮断している。ニードル２０の第１ガイド軸３０はノズルケーシング２２の第１の第１ガイド穴３１に対しわずかなクリアランスを有し上下方向に摺動可能に支持されており、第２ガイド軸３２は噴射弁ケーシング２の第２のガイド穴３３に対しわずかなクリアランスを有し上下方向に摺動可能に支持されている。第２ガイド軸３２上方のスプリング座面３４は、一端を噴射弁ケーシング２内に形成されたニードルスプリング収納室１００に収納されているニードルスプリング３５に接している。
【００１６】
また、第１ガイド穴３１と第２ガイド穴３３の差に相当する環状の制御圧力室ニードル部４０は、制御圧力連通路４１によってピストン１０の底面と噴射弁ケーシング２の内壁面との微小な隙間で形成される制御圧力室１４に連通している。すなわち、第１ガイド軸３０と第２ガイド軸３２の段差により形成される第１の下向きの受圧面１３０は制御圧力室１４に露呈しているのと同等の構成となっている。制御圧力室１４は制御燃料導入路４２で噴射燃料流路４５に連通しており、制御燃料導入路４２の制御圧力室１４近傍にオリフィス４３と逆止弁４４を設けている。
【００１７】
噴射燃料流路４５は高圧ポンプからコモンレール、ノズルケーシング２２のインレット４７を経て油だまり２５までを連通する。
図２は第１の発明の第１実施形態に示す燃料噴射弁の作動を説明する作動説明図である。
無噴射時には、電歪アクチュエータ１の印加電圧は低く、電歪アクチュエータ１は基準長さにある。制御圧力室１４はレギュレータを経た調整された供給圧にあり、油だまり２５の噴射燃料圧はコモンレールからの直接の供給圧にある。この状態では、シート部２１の断面積にかかるサック部２４の圧力と、（（第１ガイド軸３０の直径の断面積）−（シート部２１の直径の断面積））にかかる噴射燃料圧と、第１の下向き受圧面１３０にかかる制御燃料圧とによる上向きの荷重に対し、ニードルスプリング３５による下向き荷重が勝っていることで、ニードル２０はシート部２１にて着座している。
【００１８】
所望する開弁時期に、電歪アクチュエータ１の印加電圧を上昇させると、制御圧力室１４が容積減少により圧力上昇し、制御圧力室１４の圧力がニードル開弁圧を越えるため、ニードル２０は直ちに上昇する。
開弁後、所望する閉弁時期までは開弁後の印加電圧を維持することで、制御圧力室１４の圧力は高く維持されることでニードルのリフト量は維持される。
【００１９】
所望する閉弁時期には、印加電圧を基準電圧まで低下し、電歪アクチュエータ１を収縮させることで制御圧力室１４の圧力を低下させ、ニードル２０の下向き荷重が勝ることでニードル２０は下降し、着座した時点で噴射は終了する。
図３は、第１の発明の第１実施形態における、第１ガイド軸３０、第２ガイド軸３２に各々油密を保持するＯリング２０１、２０２を設けた場合の第１の発明に対応する第２の実施形態のシステム図である。
【００２０】
その作動は前記の第１の実施形態と同様である。
図４は、第１の発明に対応する第３実施形態のシステム図である。
電歪アクチュエータ１は、噴射弁ケーシング２内において、上端面３をケーシング壁面４に接し、下端面５をピストン上端面６に接している。電歪アクチュエータ１の側面上部からリード線７が出ており、噴射弁ケーシング２の穴８を通って噴射弁外部の駆動回路９に連結されている。ピストン１０は、スプリング１１により上方へ押され、電歪アクチュエータ１と密着することで電歪アクチュエータ１の伸縮により上下動する。ピストン側面１２は、噴射弁ケーシング２のガイド面１３に対してわずかなクリアランスを有し、制御圧力室１４とアクチュエータ室１５とを隔離したまま摺動可能である。
【００２１】
第３実施形態においてはノズルケーシング２２は上側ノズルケーシング２２０と下側ノズルケーシング２２１とから構成されている。
ニードル２０は、下方のシート部２１にて下側ノズルケーシング２２１と着座することで、噴孔２３を経て外部へ開口するサック部２４と下側ノズルケーシング２２１内の油だまり２５との連通を遮断している。第１ガイド軸３０は上側ノズルケーシング２２０のガイド穴３１内径に対してわずかなクリアランスを有し上下方向に摺動可能に支持されており、第２ガイド軸３２はピストン１０のガイド穴３３に対しわずかなクリアランスを有し上下方向に摺動可能に支持されており、第２ガイド軸３２上方のスプリング座面３４は、一端を電歪アクチュエータ１の底面端面５に接しているニードルスプリング３５に接している。
【００２２】
第１ガイド軸３０と第２ガイド軸３２の差に相当する環状の隙間部分と、ピストン１０の底面と噴射弁ケーシング２の内壁面との微小な隙間により制御圧力室１４が形成される。制御圧力室１４は制御燃料導入路４２で噴射燃料流路４５に連通しており、制御燃料導入路４２の制御圧力室１４近傍にオリフィス４３と逆止弁４４をもうけてある。
【００２３】
噴射燃料流路４５は高圧ポンプからコモンレール、噴射弁ケーシング２のインレット４７を経て油だまり２５までを連通する。
本第３実施形態の作動は、第１実施形態と同様であるため説明は省略する。
図５は第１の発明に対応する第４実施形態のシステム図である。
【００２４】
電歪アクチュエータ１は、噴射弁ケーシング２内において、上端面３をケーシング壁面４に接し、下端面５をピストン上端面６に接する。電歪アクチュエータ１の側面上部からリード線７が出ており、噴射弁ケーシング２の穴８を通って噴射弁外部の駆動回路９に連結されている。電歪アクチュエータ１は、中央に円孔のある断面形状のピエゾ素子を複数重ね、円筒状に形成されている。
【００２５】
ピストン１０は、その中心軸に第２ガイド穴３３を有し、スプリング１１により上方へ押され、電歪アクチュエータ１と密着することで電歪アクチュエータ１の伸縮により上下動する。ピストン摺動面１２は、噴射弁ケーシング２のガイド面１３に対してわずかなクリアランスを有し、制御圧力室１４とアクチュエータ室１５とを隔離したまま摺動可能である。
【００２６】
第４実施形態においても、ノズルケーシング２２は上側ノズルケーシング２２０と下側ノズルケーシング２２１とから構成されている。
ニードル２０は、下方のシート部２１にて下側ノズルケーシング２２１と着座することで、噴孔２３を経て外部へ開口するサック部２４と下側ノズルケーシング２２１内の油だまり２５との連通を遮断している。第１ガイド穴３０は上側ノズルケーシング２２０の第１ガイド穴３１に対しわずかなクリアランスを有し上下方向に摺動可能に支持されており、第２ガイド軸３２はピストン１０の第２ガイド穴３３に対しわずかなクリアランスを有し上下方向に摺動可能に支持されている。第２ガイド軸３２上方のスプリング座面３６は、ニードルスプリング収納室１００においてニードルスプリング３５に接している。第３ガイド軸５０は、噴射弁ケーシング２の一部をなす噴射弁ボディ２４０の第３ガイド穴５１に対しわずかなクリアランスを有し上下方向に摺動可能に支持されている。
【００２７】
第１ガイド軸３０と第２ガイド軸３２の差に相当する環状の隙間部分と、ピストン１０の底面と噴射弁ケーシング２との隙間により制御圧力室１４が形成され、制御圧力室１４は制御燃料導入路４２で噴射燃料流路４５に連通しており、制御燃料導入路４２の制御圧力室１４近傍にオリフィス４３と逆止弁４４を設けてある。
【００２８】
噴射燃料流路４５は高圧ポンプからコモンレール、噴射弁ケーシング２のインレット４７を経て油だまり２５までを連通し、その中途から分岐した燃料圧伝達路４８はニードル２０の頂面周辺の燃料室４９まで連通する。
前記の第２実施形態と同じく、第４実施形態における、第１ガイド軸３０、第２ガイド軸３２、第３ガイド軸５０に油密を保持するＯリングを設けた場合も、その作動は後述する前記の第４実施形態の作動と同様である。
【００２９】
第１の発明の第４実施形態の燃料噴射弁の作動を、第１実施形態と比較しながら説明する。
図１、図２及び図５において、無噴射時には、電歪アクチュエータ１の印加電圧は低く、電歪アクチュエータ１は基準長さにある。また、制御圧力室１４、油だまり２５の噴射燃料圧とも供給圧にある。この状態では、シート部２１の断面積にかかるサック部２４の圧力と、（（第１ガイド軸３０の直径の断面積）−（シート部２１の直径断面積））にかかる噴射燃料圧と、制御圧力室１４の受圧部にかかる制御燃料圧とによる上向きの荷重に対し、ニードル２０頂面にかかる燃料圧と、ニードルスプリング３５による下向き荷重が勝っていることで、ニードル２０はシート部２１にて着座している。第１実施形態に対して、噴射燃料圧による下向きの荷重が増加されるため、ニードルスプリング３５の荷重を低く設定する。
【００３０】
所望する開弁時期に、電歪アクチュエータ１の印加電圧を上昇させると、制御圧力室１４が容積減少により圧力上昇し、制御圧力室１４の圧力がニードル開弁圧を越えるため、ニードル２０は直ちに上昇する。
開弁後、所望する閉弁時期までは開弁後の印加電圧を維持することで、制御圧力室１４の圧力は高く維持されることでニードル２０のリフト量は維持される。
【００３１】
所望する閉弁時期には、印加電圧を基準電圧まで低下し、電歪アクチュエータ１を収縮させることで制御圧力室１４の圧力を低下させ、ニードル２０の下向き荷重が勝ることでニードル２０は下降し、着座した時点で噴射は終了する。
図６は第１の発明に対応する第５実施形態のシステム図である。
【００３２】
電歪アクチュエータ１は、噴射弁ケーシング２内において、上端面３をケーシング壁面４に接し、下端面５をピストン上端面６に接する。電歪アクチュエータ１の側面上部からリード線７が出ており、噴射弁ケーシング２の穴８を通って噴射弁外部の駆動回路９に連結されている。電歪アクチュエータ１は、中央に円孔のある断面形状のピエゾ素子を複数重ね、円筒状に形成されている。
【００３３】
ピストン１０は、その中心軸に第２のガイド穴３３を有し、スプリング１１により上方へ押され、電歪アクチュエータ１と密着することで電歪アクチュエータ１の伸縮により上下動する。ピストン摺動面１２は、噴射弁ケーシング２のガイド面１３に対してわずかなクリアランスを有し、制御圧力室１４とアクチュエータ室１５とを隔離したまま油密に摺動可能である。
【００３４】
ニードル２０は、下方のシート部２１にて下側ノズルケーシング２２１と着座することで、噴孔２３を経て外部へ開口するサック部２４と下側ノズルケーシング２２１内の油だまり２５との連通を遮断している。第１ガイド軸３０は上方ノズルケーシング２２０の第１ガイド穴３１に対しわずかなクリアランスを有し、上下方向に摺動可能に油密に支持されており、第２ガイド軸３２は上側ノズルケーシング２２０の第２ガイド穴３３に対しわずかなクリアランスを有し、上下方向に摺動可能に油密に支持されており、第２ガイド軸３２は第１ガイド軸３０より広径であり、第２ガイド軸３２はピストン１０の第２のガイド穴３３に対しわずかなクリアランスを有し、上下方向に摺動可能に油密に支持されている。第２ガイド軸３２上方のスプリング座面３６は、ニードルスプリング３５に接している。第３ガイド軸５０は、噴射弁ボディ２４０の第３のガイド穴５１に対しわずかなクリアランスを有し、上下方向に摺動可能に油密に支持されている。
【００３５】
また、第４のガイド軸９１は上側ノズルケーシング２２０の第４ガイド穴９０に対しわずかなクリアランスを有し、摺動可能に油密に支持されている。
第１ガイド軸３０と第２ガイド軸３２の差に相当する環状の隙間部分と、ピストン１０底面と噴射弁ケーシング２との隙間により制御圧力室が形成される。制御圧力室１４は制御燃料導入路４２で噴射燃料流路４５に連通しており、制御燃料導入路４２の制御圧力室１４近傍にオリフィス４３と逆止弁４４を設けている。
【００３６】
噴射燃料流路４５は高圧ポンプからコモンレール、噴射弁ケーシング２のインレット４７を経て油だまり２５までを連通し、その中途から分岐した燃料圧伝達路４８はニードル２０頂面周辺の燃料室４９まで連通する。
第１ガイド軸３０と第４ガイド軸９１の段差により形成される第２の下向きの受圧面１１１はドレン穴１１０に露呈されている。ドレン穴１１０は、図示しない噴射弁ケーシング２内部のドレン流路を経て噴射弁外部のドレン路に連通している。
【００３７】
また、前記の実施形態と同じく、第５実施形態における、第１ガイド軸３０、第２ガイド軸３２、第３ガイド軸５０、第４ガイド軸９１に油密を保持するＯリングを設けた場合も、その作動は前記の第５実施形態の作動と同様である。
第５実施形態では、作動に関しては前記の第４の実施形態と同様であるので省略する。
【００３８】
図７は第１の発明に対応する第６の実施形態を示すシステム図である。この第６実施形態は、第５実施形態におけるニードル２０のスプリングガイド部３００より上方を削除し、第３ガイド穴５１に対してわずかなクリアランスを有して上下に摺動可能で、かつ、下端面がニードル２０頂面に接するロッド５２を設けたものである。
【００３９】
その作動は、第５実施形態と同様である。
第２の発明における第１の実施形態について説明する。
第１実施形態の構成は、前記の図１に示す第１の発明の第１実施形態にて記載した燃料噴射弁にて、規定の噴射燃料圧にて高圧燃料が圧送される噴射燃料導入路から分岐し制御圧力室１４に至る制御燃料導入路において、その中途に設けられている逆止弁４４より上流側に、噴射燃料圧よりも低い一定の圧力にて下流の逆止弁４４側に燃料を供給するレギュレータを設けている。
【００４０】
図８は第２の発明における第１実施形態で用いるレギュレータの作動説明図である。
作動は、図８に示す様に、レギュレータは、規定の噴射燃料圧に制御されている噴射燃料導入路の圧力に対して、前記逆止弁４４側への制御圧力室１４への供給圧力を減圧し、制御圧力室１４の圧力を一定値以下に維持する。
【００４１】
この効果としては以下の通りである。
一般的に、電歪アクチュエータ１には強度上許容される荷重に限界があり、また、その状態では変位性能も著しく悪化するので、それを越えて使用することは避けなければならない。
噴射燃料圧と制御燃料室１４の圧力が同等であっても、電歪アクチュエータに負荷される荷重が許容荷重を越えないような噴射燃料圧である場合には、レギュレータの効果はない。しかし、噴射燃料圧が高く、制御圧力室１４と噴射燃料圧を同等にすると電歪アクチュエータ１にかかる荷重が許容荷重を越えてしまう場合には、レギュレータを設けることで、制御圧力室１４の内圧を電歪アクチュエータの許容荷重を越えない範囲に制御され、電歪アクチュエータ１の荷重は許容範囲内に保たれる。これにより、噴射燃料圧によらず、電歪アクチュエータ１の適正な作動を得ることができる。
【００４２】
図９は第３の発明に対応する第１実施形態として、電歪アクチュエータの駆動方法を説明する作動説明図である。
第１の発明の第１実施形態に記載の燃料噴射弁を作動させる際に、本発明を適用する場合についての作動を図９を参照して説明する。
【００４３】
第１の発明の第１実施形態の駆動方法である図２では、印加電圧の変化時間を短くし、ニードルリフトの急峻な変化を実現しているのに対して、本第３の発明の第１実施形態では、開弁後の印加電圧を時間経過に対して任意に変化させることで、エンジンの負荷状況や回転数に応じて、１噴射期間内のニードルリフトを変化させる。
【００４４】
無噴射時には、電歪アクチュエータ１の印加電圧は低くアクチュエータは基準長さにある。
制御圧力室１４、油だまり２５の噴射燃料圧とも規定圧にある。この状態では、シート部２１内面積にかかるサック部２４の圧力と、（（第１ガイド軸３０の断面積）−（シート部２１の断面積））にかかる噴射燃料圧と、制御圧力室１４の受圧面１３０にかかる制御燃料圧とによる上向きの荷重に対し、ニードル２０頂面にかかる燃料圧と、スプリング３５による下向き荷重が勝っていることで、ニードル２０はシート部２１にて着座している。
【００４５】
所望する開弁時期に、電歪アクチュエータ１の印加電圧を上昇させると、制御圧がニードル開弁圧を越え、ニードル２０は直ちに上昇する。
開弁後、電歪アクチュエータ１は印加電圧を徐々に上昇させると、電歪アクチュエータ１電圧変化に応じて伸長する。この時、ニードル２０は、上下方向の荷重が等しくなる位置まで制御圧力室１４の圧力増加に対応してニードルスプリング３５の荷重を増加しながら上昇する。
【００４６】
所望する閉弁時期には、印加電圧を基準電圧まで低下し、電歪アクチュエータ１を収縮させることで制御圧力室１４の圧力を低下させ、ニードル２０の下向き荷重が勝ることでニードル２０は下降し、着座した時点で噴射は終了する。
この作動により、ニードルリフト量は電歪アクチュエータ１の印加電圧の変化に対応して制御できる。
【００４７】
図１０は第３の発明に対応する第２の実施形態として、電歪アクチュエータの駆動方法を説明する作動説明図である。
第１の発明の第１実施形態に記載の燃料噴射弁を作動させる際に、本発明を適用する場合の作動を図１０を参照して説明する。
【００４８】
無噴射時には、電歪アクチュエータ１の印加電圧は低く電歪アクチュエータ１は基準長さにある。
制御圧力室１４、油だまり２５の噴射燃料圧とも規定圧にある。この状態ではシート部２１内面積にかかるサック部２４の圧力と、（（第１ガイド軸３０の断面積）−（シート部２１の断面積））にかかる噴射燃料圧と、制御圧力室１４の受圧面１３０にかかる制御燃料圧とによる上向きの荷重に対し、ニードル２０の頂面にかかる燃料圧と、ニードルスプリング３５による下向き荷重が勝っていることで、ニードル２０はシート部２１にて着座している。
【００４９】
所望する開弁時期に、電歪アクチュエータ１の印加電圧を上昇させると、制御圧がニードル開弁圧を越え、ニードルは直ちに上昇する。
開弁後、所望する噴射率変化時期までの期間（初期噴射率期間）は開弁後の印加電圧を維持し、ニードル２０のリフト量は維持される。
次に、所望する噴射率変化時期に、電歪アクチュエータ１の印加電圧を再び上昇させると、電歪アクチュエータ１はさらに伸長する。この時、制御圧力室１４の圧力が上昇するが、それまで上下方向の荷重が等しくなって静止していたニードル２０は、制御圧力室１４の圧力増加に対応してニードルスプリング３５の荷重を増加しながら上昇し、上下方向の荷重が等しくなった時点で再び静止する。
【００５０】
所望する閉弁時期には、印加電圧を基準電圧まで低下し、電歪アクチュエータ１を収縮させることで制御圧力室１４の圧力を低下させ、ニードル２０の下向き荷重が勝ることでニードル２０は下降し、着座した時点で噴射は終了する。
図１１は第３の発明に対応する第３実施形態として、電歪アクチュエータの駆動方法を説明する作動説明図である。第１の発明の第１実施形態に記載の燃料噴射弁を作動させる際に、本発明を適用する場合についての作動を図１１を参照して説明する。
【００５１】
無噴射時には、電歪アクチュエータ１の印加電圧は低く電歪アクチュエータ１は基準長さにある。また、制御圧力室１４、油だまり２５の噴射燃料圧とも規定圧にある。この状態では、シート部２１内面積にかかるサック部２４の圧力と、（（第１ガイド軸３０の断面積）−（シート部２１の断面積））にかかる噴射燃料圧と、制御圧力室１４の受圧面１３０にかかる制御燃料圧とによる上向きの荷重に対し、ニードル２０頂面にかかる燃料圧と、ニードルスプリング３５による下向き荷重が勝っていることで、ニードル２０はシート部２１にて着座している。
【００５２】
所望する開弁時期に、電歪アクチュエータ１の印加電圧を上昇させると、制御圧がニードル開弁圧を越え、ニードル２０は直ちに上昇する。
開弁後、所望する時期までは開弁後の印加電圧を維持し、ニードル２０のリフト量は維持される。
次に、所望する噴射率変化時期に、電歪アクチュエータ１の印加電圧を減少させると、電歪アクチュエータ１は収縮する。この時、制御圧力室１４の圧力が低下するが、それまで上下方向の荷重が等しくなって静止していたニードル２０は、制御圧力室１４の圧力低下に対応してニードルスプリング３５の荷重を減少しながら下降し、上下方向の荷重が等しくなった時点で再び静止する。
【００５３】
所望する閉弁時期には、印加電圧を基準電圧まで低下し、電歪アクチュエータ１を収縮させることで制御圧力室１４の圧力を低下させ、ニードル２０の下向き荷重が勝ることでニードル２０は下降し、着座した時点で噴射は終了する。
図１２は第４の発明の第１実施形態として、電歪アクチュエータの駆動方法を説明する作動説明図である。
【００５４】
第１の発明の第１実施形態に記載の燃料噴射弁を作動させる際に、本発明を適用する場合についての作動を図１２を参照して説明する。
無噴射時には、電歪アクチュエータ１の印加電圧は低く電歪アクチュエータ１は基準長さにあり、制御圧力室１４、油だまり２５の噴射燃料圧とも規定圧にある。
【００５５】
この状態では、シート部２１内面積にかかるサック部２４の圧力と、（（第１ガイド軸３０の断面積）−（シート部２１の断面積））にかかる噴射燃料圧と、制御圧力室１４の受圧面１３０にかかる制御燃料圧とによる上向きの荷重に対し、ニードル２０の頂面にかかる燃料圧と、ニードルスプリング３５による下向き荷重が勝っていることで、ニードル２０はシート部２１にて着座している。
【００５６】
所望する噴射開始時期の数十μｓ〜数十ｍｓ以前の時点から噴射開始直前までの期間において、電歪アクチュエータ１の印加電圧を徐々に増加し、電歪アクチュエータ１を伸長させることで制御圧力室１４の圧力を上昇させる。この時の印加電圧増加量は、制御圧力室１４がニードル２０の開弁の必要昇圧量より少なく、かつ圧力脈動による開弁の発生しない緩やかな電圧増加のため、ニードル２０は開弁しない。この動作を開弁前昇圧と言う。
【００５７】
開弁前昇圧の後、所望する開弁時期までは電圧を維持する。
所望する開弁時期に、電圧を更に上昇させると、制御圧力室圧がニードル２０の開弁圧を越えるため、ニードル２０は直ちに上昇する。
開弁後、所望する閉弁時期までは開弁後の印加電圧を維持し、ニードル２０のリフト量は維持される。
【００５８】
所望する閉弁時期には、印加電圧を基準電圧まで低下し、電歪アクチュエータ１を収縮させることで制御圧力室１４の圧力を低下させ、ニードル２０の下向き荷重が勝ることでニードル２０は下降し、着座した時点で噴射は終了する。
以上、前述の発明の各種実施形態を用いて説明した燃料噴射弁及びその駆動方法を用いることにより、噴射率をその一噴射の期間内に変化させることが可能となる。これにより、エンジン回転数や負荷状況などのエンジン条件に応じた最適な噴射率で燃料噴射することが可能となり、燃料消費の向上、排気ガスの浄化などが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の発明に対応する第１実施形態のシステム図である。
【図２】第１の発明の第１実施形態に示す燃料噴射弁の作動を説明する作動説明図である。
【図３】第１の発明の第１実施形態における、第１ガイド軸３０、第２ガイド軸３２に各々油密を保持するＯリング２０１、２０２を設けた場合の第１の発明に対応する第２の実施形態のシステム図である。
【図４】第１の発明に対応する第３実施形態のシステム図である。
【図５】第１の発明に対応する第４実施形態のシステム図である。
【図６】第１の発明に対応する第５実施形態のシステム図である。
【図７】第１の発明に対応する第６の実施形態を示すシステム図である。
【図８】第２の発明における第１実施形態で用いるレギュレータの作動説明図である。
【図９】第３の発明に対応する第１実施形態として、電歪アクチュエータの駆動方法を説明する作動説明図である。
【図１０】第３の発明に対応する第２の実施形態として、電歪アクチュエータの駆動方法を説明する作動説明図である。
【図１１】第３の発明に対応する第３実施形態として、電歪アクチュエータの駆動方法を説明する作動説明図である。
【図１２】第４の発明の第１実施形態として、電歪アクチュエータの駆動方法を説明する作動説明図である。
【図１３】電歪アクチュエータをアクチュエータとして用いる公知の燃料噴射弁である特公平４−５４０６５に示される燃料噴射弁の横断面図である。
【符号の説明】
１電歪アクチュエータ
２噴射弁ケーシング
１０ピストン
１４制御圧力室
２０ニードル
２２ノズルケーシング
２５油だまり
３０第１ガイド軸
３１第１ガイド穴
３２第２ガイド軸
３３第２ガイド穴
４２制御燃料導入路
４３オリフィス
４４逆止弁
４５噴射燃料流路
４８燃料圧伝達路
４９燃料室
５０第３ガイド軸
５１第３ガイド穴
５２ロッド
９０第４ガイド穴
９１第４ガイド軸
１００ニードルスプリング収納室
１１０ドレン穴
１１１第２の下向きの受圧面
１３０第１の下向きの受圧面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel injection device used in a direct injection type diesel engine or gasoline engine that injects high-pressure fuel and requires high injection amount metering accuracy.
[0002]
[Prior art]
As a fuel injection valve for injecting high-pressure fuel, there are an electrostrictive actuator and a known fuel injection valve using a solenoid as an actuator. FIG. 13 is a cross-sectional view of a fuel injection valve shown in Japanese Patent Publication No. 4-54065, which is a known fuel injection valve using an electrostrictive actuator as an actuator.
[0003]
The back pressure chamber 103 and the oil reservoir 104 are separated from each other by the guide portion 102 of the needle 101, and the needle 101 has a downward load due to the spring 105 in contact with the top surface and a downward back pressure load corresponding to the diameter of the guide portion 102. And an upward load due to the pressure of the sac portion 107 corresponding to the inner side of the annular seat portion, and an upward load due to the oil pressure of the oil pool being applied to the area of the diameter difference between the diameter of the guide portion 102 and the diameter of the seat portion 106 Is working. When the back pressure is a specified pressure, the valve is closed because the total load is downward, and the needle 101 is pushed downward due to a decrease in the hydraulic pressure in the back pressure chamber 103 due to the operation of the actuator such as expansion and contraction of the electrostrictive actuator 109. When the pressure load decreases and the load becomes upward, the needle 101 rises.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In order to purify exhaust gas and improve fuel efficiency of an internal combustion engine, an injection valve capable of high-precision control such as controlling the injection rate during one injection period is required. High-precision control is required.
In the known fuel injection valve, the valve is opened by increasing the upward load of the needle by reducing the back pressure. However, the pressure of the fuel in the back pressure chamber corresponding to the control pressure chamber of the present invention is reduced. At the same time, the compression ratio decreases (the ratio of the pressure change amount to the volume change amount decreases), and the back pressure hardly changes with a minute displacement of the needle, so that the needle fluctuates during valve opening.
[0005]
Further, when the electrostrictive actuator is suddenly largely displaced, a pressure pulsation with a large amplitude is generated in the back pressure chamber, so that the load of the needle is also varied and the displacement amount is affected.
For these reasons, with a conventionally known injection valve that opens the valve by reducing the pressure in the back pressure chamber, highly accurate injection amount control cannot be achieved.
[0006]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has a configuration of an injection valve that opens by pressurizing a control pressure chamber, and a fuel capable of high-precision control such as controlling the fuel injection rate during one injection period. It is an object of the present invention to provide a fuel injection valve driving method that enables fuel injection at an optimal injection rate in accordance with an injection valve and engine conditions, and that can improve fuel consumption and purify exhaust gas.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides claims 1 to. 5 The technical means described in is adopted.
In the fuel injection valve according to claim 1, the first downward pressure receiving surface formed by the step between the first guide shaft and the second guide shaft is communicated with or exposed to the control pressure chamber, and the electrostrictive actuator By controlling the amount of displacement by the applied voltage value, the pressure in the control pressure chamber can be controlled with high accuracy. The needle rises when the control pressure chamber is pressurized, and the lift amount is determined by the load of the spring force of the needle spring and the pressure of the control pressure chamber, so the lift amount of the needle is applied to the electrostrictive actuator. It can be controlled with high accuracy by the voltage value.
[0008]
Also Since the fuel pressure transmission path for introducing the high-pressure injected fuel supplied to the fuel injection valve is provided to the fuel chamber around the top surface of the third guide shaft of the needle, a downward load due to the fuel pressure is applied to the needle upper portion. Therefore, it is possible to reduce the needle spring load against the needle rise by an amount corresponding to the above-mentioned load, and it is easy to make the needle spring smaller and lower the spring constant. With the low spring constant, the downward load increases when the needle is raised. Therefore, the amount of displacement of the electrostrictive actuator can be small, and the electrostrictive actuator can be made small.
[0009]
Claim 2 In the fuel injection valve according to claim 1, the oil sump and the drain hole are further separated, and a second downward pressure-receiving surface formed by a step between the first guide shaft and the fourth guide shaft is exposed to the drain hole, and A fourth guide shaft having a diameter smaller than that of the first guide shaft is provided. Therefore, the load does not act on the area corresponding to the step between the fourth guide shaft and the first guide shaft, and the upward load is further reduced. Since the upward load is reduced, the opposing downward load can be reduced, and the needle spring force can be further reduced.
[0010]
The smaller the set load is, the easier it is to make the spring smaller and lower the spring constant. With the lower spring constant, the downward load increase when the needle is raised is smaller, so the amount of displacement of the electrostrictive actuator can be further reduced. The actuator can also be made smaller.
Claim 3 In the fuel injection valve described in (2), the rod is further divided from the needle, but the needle and the rod are in close contact with each other. 2 It becomes the same as the case of.
[0011]
Claim 4 In the fuel injection valve described in (1), since the regulator that supplies fuel to the downstream check valve side at a constant pressure lower than the injected fuel pressure is provided upstream from the check valve, the injected fuel pressure is high, If the load applied to the electrostrictive actuator exceeds the allowable load when the control pressure chamber and the injected fuel pressure are made equal, the internal pressure of the control pressure chamber is set within the range not exceeding the allowable load of the electrostrictive actuator by providing a regulator. Controlled and the load of the electrostrictive actuator is kept within an allowable range, so that proper operation of the electrostrictive actuator can be obtained regardless of the injected fuel pressure.
[0013]
Claim 5 In the fuel injection valve driving method described in the above, the pressure increase before the valve opening is performed so that the pressure increase amount of the control pressure chamber due to the extension of the electrostrictive actuator is slightly lower than the pressure increase amount required for the valve opening. Since the voltage applied to the electrostrictive actuator is gradually increased, there is no delay in fuel injection, and fuel consumption can be improved and exhaust gas can be purified.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Figure 1 Corresponds to the first invention It is a system diagram of a 1st embodiment.
In FIG. 1, an electrostrictive actuator 1 has an upper end surface 3 in contact with a casing wall surface 4 and a lower end surface 5 in contact with a piston upper end surface 6 in an injection valve casing 2. A lead wire 7 protrudes from the upper part of the side surface of the actuator 1 and is connected to a drive circuit 9 outside the injection valve through a hole 8 in the injection valve casing 2. The piston 10 is pushed upward by the spring 11 and moves up and down by the expansion and contraction of the electrostrictive actuator 1 by being in close contact with the electrostrictive actuator 1. The piston side surface 12 has a slight clearance with respect to the guide surface 13 of the injection valve casing 2 and can slide while the control pressure chamber 14 and the actuator chamber 15 are isolated from each other.
[0015]
The needle 20 is seated on the nozzle casing 22 at the lower seat portion 21, thereby blocking communication between the sack portion 24 that opens to the outside through the nozzle hole 23 and the oil sump 25 in the nozzle casing 22. The first guide shaft 30 of the needle 20 has a slight clearance with respect to the first first guide hole 31 of the nozzle casing 22 and is supported so as to be slidable in the vertical direction, and the second guide shaft 32 is supported by the injection valve casing. The second guide hole 33 has a slight clearance and is supported so as to be slidable in the vertical direction. One end of the spring seat surface 34 above the second guide shaft 32 is in contact with a needle spring 35 housed in a needle spring housing chamber 100 formed in the injection valve casing 2.
[0016]
Further, the annular control pressure chamber needle portion 40 corresponding to the difference between the first guide hole 31 and the second guide hole 33 has a minute amount between the bottom surface of the piston 10 and the inner wall surface of the injection valve casing 2 by the control pressure communication passage 41. It communicates with a control pressure chamber 14 formed by a gap. That is, the first downward pressure receiving surface 130 formed by the step between the first guide shaft 30 and the second guide shaft 32 has the same structure as that exposed to the control pressure chamber 14. The control pressure chamber 14 communicates with the injection fuel passage 45 through the control fuel introduction passage 42, and an orifice 43 and a check valve 44 are provided in the vicinity of the control pressure chamber 14 of the control fuel introduction passage 42.
[0017]
The injected fuel passage 45 communicates from the high pressure pump to the oil sump 25 through the common rail and the inlet 47 of the nozzle casing 22.
FIG. 2 is an operation explanatory view for explaining the operation of the fuel injection valve shown in the first embodiment of the first invention.
At the time of no injection, the applied voltage of the electrostrictive actuator 1 is low, and the electrostrictive actuator 1 is at the reference length. The control pressure chamber 14 is at a regulated supply pressure through a regulator, and the injected fuel pressure in the oil sump 25 is at a direct supply pressure from the common rail. In this state, the pressure of the sack portion 24 applied to the cross-sectional area of the seat portion 21 and the injected fuel pressure applied to ((the cross-sectional area of the diameter of the first guide shaft 30) − (the cross-sectional area of the diameter of the seat portion 21)) The needle 20 is seated on the seat portion 21 because the downward load due to the needle spring 35 is superior to the upward load due to the control fuel pressure applied to the first downward pressure receiving surface 130.
[0018]
When the applied voltage of the electrostrictive actuator 1 is increased at a desired valve opening timing, the pressure of the control pressure chamber 14 increases due to a decrease in volume, and the pressure of the control pressure chamber 14 exceeds the needle valve opening pressure. To rise.
After the valve opening, the applied voltage after the valve opening is maintained until the desired valve closing timing, so that the pressure in the control pressure chamber 14 is maintained high, thereby maintaining the lift amount of the needle.
[0019]
At the desired valve closing timing, the applied voltage is lowered to the reference voltage, the electrostrictive actuator 1 is contracted to lower the pressure in the control pressure chamber 14, and the downward load of the needle 20 is overcome, so that the needle 20 is lowered. The injection ends when the user is seated.
FIG. 3 shows the first embodiment when the O-rings 201 and 202 for holding oil tightness are provided on the first guide shaft 30 and the second guide shaft 32, respectively, in the first embodiment of the first invention. Light It is a system diagram of a second embodiment corresponding to the above.
[0020]
The operation is the same as in the first embodiment.
FIG. 1st invention It is a system diagram of a third embodiment corresponding to FIG.
In the injection valve casing 2, the electrostrictive actuator 1 has an upper end surface 3 in contact with the casing wall surface 4 and a lower end surface 5 in contact with the piston upper end surface 6. A lead wire 7 protrudes from the upper part of the side surface of the electrostrictive actuator 1 and is connected to a drive circuit 9 outside the injection valve through a hole 8 of the injection valve casing 2. The piston 10 is pushed upward by the spring 11 and moves up and down by the expansion and contraction of the electrostrictive actuator 1 by being in close contact with the electrostrictive actuator 1. The piston side surface 12 has a slight clearance with respect to the guide surface 13 of the injection valve casing 2 and can slide while the control pressure chamber 14 and the actuator chamber 15 are isolated from each other.
[0021]
In the third embodiment, the nozzle casing 22 includes an upper nozzle casing 220 and a lower nozzle casing 221.
The needle 20 is seated on the lower nozzle casing 221 at the lower seat portion 21, thereby blocking communication between the sack portion 24 that opens to the outside through the nozzle hole 23 and the oil sump 25 in the lower nozzle casing 221. is doing. The first guide shaft 30 has a slight clearance with respect to the inner diameter of the guide hole 31 of the upper nozzle casing 220 and is supported so as to be slidable in the vertical direction. The second guide shaft 32 is supported with respect to the guide hole 33 of the piston 10. The spring seat surface 34 above the second guide shaft 32 is in contact with a needle spring 35 that is in contact with the bottom end surface 5 of the electrostrictive actuator 1. ing.
[0022]
The control pressure chamber 14 is formed by an annular gap portion corresponding to the difference between the first guide shaft 30 and the second guide shaft 32 and a minute gap between the bottom surface of the piston 10 and the inner wall surface of the injection valve casing 2. The control pressure chamber 14 communicates with the injected fuel passage 45 through the control fuel introduction passage 42, and an orifice 43 and a check valve 44 are provided in the vicinity of the control pressure chamber 14 of the control fuel introduction passage 42.
[0023]
The injection fuel passage 45 communicates from the high pressure pump to the oil sump 25 through the common rail and the inlet 47 of the injection valve casing 2.
Since the operation of the third embodiment is the same as that of the first embodiment, a description thereof will be omitted.
FIG. 1st invention It is a system diagram of a fourth embodiment corresponding to FIG.
[0024]
In the injection valve casing 2, the electrostrictive actuator 1 has the upper end surface 3 in contact with the casing wall surface 4 and the lower end surface 5 in contact with the piston upper end surface 6. A lead wire 7 protrudes from the upper part of the side surface of the electrostrictive actuator 1 and is connected to a drive circuit 9 outside the injection valve through a hole 8 of the injection valve casing 2. The electrostrictive actuator 1 is formed in a cylindrical shape by superposing a plurality of cross-sectional piezo elements having a circular hole in the center.
[0025]
The piston 10 has a second guide hole 33 on its central axis, is pushed upward by the spring 11, and moves up and down due to expansion and contraction of the electrostrictive actuator 1 by being in close contact with the electrostrictive actuator 1. The piston sliding surface 12 has a slight clearance with respect to the guide surface 13 of the injection valve casing 2 and can slide while the control pressure chamber 14 and the actuator chamber 15 are isolated from each other.
[0026]
Also in the fourth embodiment, the nozzle casing 22 includes an upper nozzle casing 220 and a lower nozzle casing 221.
The needle 20 is seated on the lower nozzle casing 221 at the lower seat portion 21, thereby blocking communication between the sack portion 24 that opens to the outside through the nozzle hole 23 and the oil sump 25 in the lower nozzle casing 221. is doing. The first guide hole 30 has a slight clearance with respect to the first guide hole 31 of the upper nozzle casing 220 and is supported so as to be slidable in the vertical direction. The second guide shaft 32 is supported by the second guide hole 33 of the piston 10. However, it is supported so as to be slidable in the vertical direction. The spring seat surface 36 above the second guide shaft 32 is in contact with the needle spring 35 in the needle spring storage chamber 100. The third guide shaft 50 has a slight clearance with respect to the third guide hole 51 of the injection valve body 240 forming a part of the injection valve casing 2 and is supported so as to be slidable in the vertical direction.
[0027]
A control pressure chamber 14 is formed by an annular gap portion corresponding to the difference between the first guide shaft 30 and the second guide shaft 32, and a gap between the bottom surface of the piston 10 and the injection valve casing 2, and the control pressure chamber 14 is controlled fuel. The introduction passage 42 communicates with the injected fuel passage 45, and an orifice 43 and a check valve 44 are provided in the vicinity of the control pressure chamber 14 of the control fuel introduction passage 42.
[0028]
The injection fuel passage 45 communicates from the high pressure pump to the common rail, the inlet 47 of the injection valve casing 2 to the oil sump 25, and the fuel pressure transmission passage 48 branched from the middle extends to the fuel chamber 49 around the top surface of the needle 20. Communicate.
Similar to the second embodiment, the operation of the first and second guide shafts 30, 32 and the third guide shaft 50 in the fourth embodiment will be described later even when an O-ring for maintaining oil tightness is provided. This is the same as the operation of the fourth embodiment.
[0029]
The operation of the fuel injection valve according to the fourth embodiment of the first invention will be described in comparison with the first embodiment.
In FIGS. 1, 2 and 5, the applied voltage of the electrostrictive actuator 1 is low and the electrostrictive actuator 1 is at the reference length when there is no injection. In addition, the injected fuel pressure of the control pressure chamber 14 and the oil sump 25 is at the supply pressure. In this state, the pressure of the sack portion 24 applied to the cross-sectional area of the seat portion 21, and the injected fuel pressure applied to ((the cross-sectional area of the diameter of the first guide shaft 30) − (the diameter cross-sectional area of the seat portion 21)), Since the fuel pressure applied to the top surface of the needle 20 and the downward load applied by the needle spring 35 are superior to the upward load caused by the control fuel pressure applied to the pressure receiving portion of the control pressure chamber 14, the needle 20 is attached to the seat portion 21. Sitting. Compared to the first embodiment, since the downward load due to the injected fuel pressure is increased, the load of the needle spring 35 is set low.
[0030]
When the applied voltage of the electrostrictive actuator 1 is increased at a desired valve opening timing, the pressure of the control pressure chamber 14 increases due to a decrease in volume, and the pressure of the control pressure chamber 14 exceeds the needle valve opening pressure. To rise.
After the valve opening, the applied voltage after the valve opening is maintained until the desired valve closing timing, so that the pressure in the control pressure chamber 14 is maintained high and the lift amount of the needle 20 is maintained.
[0031]
At the desired valve closing timing, the applied voltage is lowered to the reference voltage, the electrostrictive actuator 1 is contracted to lower the pressure in the control pressure chamber 14, and the downward load of the needle 20 is overcome, so that the needle 20 is lowered. The injection ends when the user is seated.
FIG. 1st invention It is a system diagram of a fifth embodiment corresponding to.
[0032]
In the injection valve casing 2, the electrostrictive actuator 1 has the upper end surface 3 in contact with the casing wall surface 4 and the lower end surface 5 in contact with the piston upper end surface 6. A lead wire 7 protrudes from the upper part of the side surface of the electrostrictive actuator 1 and is connected to a drive circuit 9 outside the injection valve through a hole 8 of the injection valve casing 2. The electrostrictive actuator 1 is formed in a cylindrical shape by superposing a plurality of cross-sectional piezo elements having a circular hole in the center.
[0033]
The piston 10 has a second guide hole 33 on its central axis, is pushed upward by the spring 11, and moves up and down by the expansion and contraction of the electrostrictive actuator 1 by being in close contact with the electrostrictive actuator 1. The piston sliding surface 12 has a slight clearance with respect to the guide surface 13 of the injection valve casing 2, and can slide oil-tightly while keeping the control pressure chamber 14 and the actuator chamber 15 isolated.
[0034]
The needle 20 is seated on the lower nozzle casing 221 at the lower seat portion 21, thereby blocking communication between the sack portion 24 that opens to the outside through the nozzle hole 23 and the oil sump 25 in the lower nozzle casing 221. is doing. The first guide shaft 30 has a slight clearance with respect to the first guide hole 31 of the upper nozzle casing 220 and is oil-tightly supported so as to be slidable in the vertical direction. The second guide shaft 32 is supported by the upper nozzle casing 220. The second guide hole 33 has a slight clearance and is supported in an oil-tight manner so as to be slidable in the vertical direction. The second guide shaft 32 is wider in diameter than the first guide shaft 30. The shaft 32 has a slight clearance with respect to the second guide hole 33 of the piston 10 and is supported in an oil-tight manner so as to be slidable in the vertical direction. The spring seat surface 36 above the second guide shaft 32 is in contact with the needle spring 35. The third guide shaft 50 has a slight clearance with respect to the third guide hole 51 of the injection valve body 240 and is oil-tightly supported so as to be slidable in the vertical direction.
[0035]
The fourth guide shaft 91 has a slight clearance with respect to the fourth guide hole 90 of the upper nozzle casing 220 and is slidably and oil-tightly supported.
A control pressure chamber is formed by an annular gap corresponding to the difference between the first guide shaft 30 and the second guide shaft 32 and the gap between the bottom surface of the piston 10 and the injection valve casing 2. The control pressure chamber 14 communicates with the injection fuel passage 45 through the control fuel introduction passage 42, and an orifice 43 and a check valve 44 are provided in the vicinity of the control pressure chamber 14 of the control fuel introduction passage 42.
[0036]
The injected fuel flow path 45 communicates from the high pressure pump to the common rail, the inlet 47 of the injection valve casing 2 to the oil sump 25, and the fuel pressure transmission path 48 branched from the middle communicates with the fuel chamber 49 around the needle 20 top surface. To do.
A second downward pressure-receiving surface 111 formed by a step between the first guide shaft 30 and the fourth guide shaft 91 is exposed in the drain hole 110. The drain hole 110 communicates with a drain passage outside the injection valve via a drain passage inside the injection valve casing 2 (not shown).
[0037]
Similarly to the above-described embodiment, when the first guide shaft 30, the second guide shaft 32, the third guide shaft 50, and the fourth guide shaft 91 in the fifth embodiment are provided with O-rings that maintain oil tightness. However, the operation is the same as that of the fifth embodiment.
In the fifth embodiment, the operation is the same as that of the fourth embodiment, and the description thereof is omitted.
[0038]
FIG. 1st invention It is a system diagram which shows 6th Embodiment corresponding to. In the sixth embodiment, the upper part of the needle 20 in the fifth embodiment is removed from the upper part, and the upper part can slide up and down with a slight clearance with respect to the third guide hole 51. A rod 52 whose end surface is in contact with the top surface of the needle 20 is provided.
[0039]
The operation is the same as in the fifth embodiment.
First A first embodiment in the second invention will be described.
The configuration of the first embodiment is an injection fuel introduction passage through which high-pressure fuel is pumped at a prescribed injection fuel pressure in the fuel injection valve described in the first embodiment of the first invention shown in FIG. In the control fuel introduction path that branches from the control pressure chamber 14 to the upstream side of the check valve 44 provided in the middle thereof, to the downstream side of the check valve 44 at a constant pressure lower than the injected fuel pressure. A regulator for supplying fuel is provided.
[0040]
FIG. 8 is an operation explanatory view of the regulator used in the first embodiment in the second invention.
As shown in FIG. 8, the regulator operates the supply pressure to the control pressure chamber 14 on the check valve 44 side with respect to the pressure of the injected fuel introduction path controlled to the prescribed injected fuel pressure. The pressure is reduced and the pressure in the control pressure chamber 14 is maintained below a certain value.
[0041]
This effect is as follows.
In general, the electrostrictive actuator 1 has a limit in the allowable load in terms of strength, and in that state, the displacement performance is significantly deteriorated. Therefore, it is necessary to avoid the use beyond that.
Even if the injected fuel pressure and the pressure in the control fuel chamber 14 are equal, the regulator does not have an effect if the injected fuel pressure is such that the load applied to the electrostrictive actuator does not exceed the allowable load. However, if the injected fuel pressure is high and the load applied to the electrostrictive actuator 1 exceeds the allowable load when the control pressure chamber 14 and the injected fuel pressure are made equal, a regulator is provided so that the internal pressure of the control pressure chamber 14 is increased. Is controlled within a range that does not exceed the allowable load of the electrostrictive actuator, and the load of the electrostrictive actuator 1 is kept within the allowable range. Thereby, the proper operation of the electrostrictive actuator 1 can be obtained regardless of the injected fuel pressure.
[0042]
Figure 9 Third invention FIG. 5 is an operation explanatory diagram for explaining a method of driving an electrostrictive actuator as a first embodiment corresponding to FIG.
The operation when the present invention is applied when operating the fuel injection valve according to the first embodiment of the first invention will be described with reference to FIG.
[0043]
In FIG. 2, which is the driving method of the first embodiment of the first invention, the change time of the applied voltage is shortened to realize a steep change of the needle lift, while the third invention of the third invention In one embodiment, the applied voltage after opening the valve is arbitrarily changed with respect to the passage of time, thereby changing the needle lift within one injection period according to the engine load status and the rotational speed.
[0044]
At the time of no injection, the applied voltage of the electrostrictive actuator 1 is low and the actuator is at the reference length.
The injected fuel pressures in the control pressure chamber 14 and the oil sump 25 are at the specified pressure. In this state, the pressure of the sack portion 24 applied to the inner area of the seat portion 21, the injected fuel pressure applied to ((the sectional area of the first guide shaft 30) − (the sectional area of the seat portion 21)), and the control pressure chamber 14 Since the fuel pressure applied to the top surface of the needle 20 and the downward load applied by the spring 35 are superior to the upward load caused by the control fuel pressure applied to the pressure receiving surface 130, the needle 20 is seated on the seat portion 21. Yes.
[0045]
When the voltage applied to the electrostrictive actuator 1 is increased at a desired valve opening timing, the control pressure exceeds the needle valve opening pressure, and the needle 20 immediately increases.
When the electrostrictive actuator 1 gradually increases the applied voltage after the valve is opened, the electrostrictive actuator 1 expands according to the voltage change of the electrostrictive actuator 1. At this time, the needle 20 rises while increasing the load of the needle spring 35 corresponding to the increase in the pressure in the control pressure chamber 14 until the load in the vertical direction becomes equal.
[0046]
At the desired valve closing timing, the applied voltage is lowered to the reference voltage, the electrostrictive actuator 1 is contracted to lower the pressure in the control pressure chamber 14, and the downward load of the needle 20 is overcome, so that the needle 20 is lowered. The injection ends when the user is seated.
By this operation, the needle lift amount can be controlled in accordance with the change in the applied voltage of the electrostrictive actuator 1.
[0047]
FIG. Third invention FIG. 6 is an operation explanatory diagram illustrating a method for driving an electrostrictive actuator as a second embodiment corresponding to the above.
The operation when the present invention is applied when operating the fuel injection valve according to the first embodiment of the first invention will be described with reference to FIG.
[0048]
At the time of no injection, the applied voltage of the electrostrictive actuator 1 is low and the electrostrictive actuator 1 is at the reference length.
The injected fuel pressures in the control pressure chamber 14 and the oil sump 25 are at the specified pressure. In this state, the pressure of the sack portion 24 applied to the inner area of the seat portion 21, the injected fuel pressure applied to ((the cross-sectional area of the first guide shaft 30) − (the cross-sectional area of the seat portion 21)), and the control pressure chamber 14 The needle 20 is seated at the seat portion 21 because the fuel pressure applied to the top surface of the needle 20 and the downward load applied by the needle spring 35 are superior to the upward load caused by the control fuel pressure applied to the pressure receiving surface 130. ing.
[0049]
When the voltage applied to the electrostrictive actuator 1 is increased at a desired valve opening timing, the control pressure exceeds the needle valve opening pressure, and the needle immediately increases.
After the valve is opened, the applied voltage after the valve opening is maintained during a period until the desired injection rate change timing (initial injection rate period), and the lift amount of the needle 20 is maintained.
Next, when the applied voltage of the electrostrictive actuator 1 is increased again at the desired injection rate change timing, the electrostrictive actuator 1 further expands. At this time, the pressure in the control pressure chamber 14 increases, but the needle 20 that has been stationary with the load in the vertical direction being equal until then increases the load on the needle spring 35 corresponding to the increase in the pressure in the control pressure chamber 14. Ascends and stops again when the vertical load becomes equal.
[0050]
At the desired valve closing timing, the applied voltage is lowered to the reference voltage, the electrostrictive actuator 1 is contracted to lower the pressure in the control pressure chamber 14, and the downward load of the needle 20 is overcome, so that the needle 20 is lowered. The injection ends when the user is seated.
FIG. Third invention FIG. 6 is an operation explanatory diagram illustrating a method for driving an electrostrictive actuator as a third embodiment corresponding to the above. The operation for applying the present invention when operating the fuel injection valve according to the first embodiment of the first invention will be described with reference to FIG.
[0051]
At the time of no injection, the applied voltage of the electrostrictive actuator 1 is low and the electrostrictive actuator 1 is at the reference length. In addition, the injected fuel pressure in the control pressure chamber 14 and the oil sump 25 is at a specified pressure. In this state, the pressure of the sack portion 24 applied to the inner area of the seat portion 21, the injected fuel pressure applied to ((the sectional area of the first guide shaft 30) − (the sectional area of the seat portion 21)), and the control pressure chamber 14 Because the fuel pressure applied to the top surface of the needle 20 and the downward load applied by the needle spring 35 are superior to the upward load caused by the control fuel pressure applied to the pressure receiving surface 130, the needle 20 is seated at the seat portion 21. ing.
[0052]
When the voltage applied to the electrostrictive actuator 1 is increased at a desired valve opening timing, the control pressure exceeds the needle valve opening pressure, and the needle 20 immediately increases.
After the valve opening, the applied voltage after the valve opening is maintained until a desired time, and the lift amount of the needle 20 is maintained.
Next, when the applied voltage of the electrostrictive actuator 1 is decreased at the desired injection rate change timing, the electrostrictive actuator 1 contracts. At this time, the pressure in the control pressure chamber 14 decreases, but the needle 20 that has been stationary with the load in the vertical direction being equal until then decreases the load on the needle spring 35 corresponding to the pressure decrease in the control pressure chamber 14. Then, it descends and stops again when the vertical load becomes equal.
[0053]
At the desired valve closing timing, the applied voltage is lowered to the reference voltage, the electrostrictive actuator 1 is contracted to lower the pressure in the control pressure chamber 14, and the downward load of the needle 20 is overcome, so that the needle 20 is lowered. The injection ends when the user is seated.
FIG. 4th invention FIG. 5 is an operation explanatory diagram illustrating a method for driving an electrostrictive actuator as the first embodiment.
[0054]
The operation in the case of applying the present invention when operating the fuel injection valve according to the first embodiment of the first invention will be described with reference to FIG.
At the time of no injection, the applied voltage of the electrostrictive actuator 1 is low, the electrostrictive actuator 1 is at the reference length, and the control fuel pressure in the control pressure chamber 14 and the oil sump 25 is at the specified pressure.
[0055]
In this state, the pressure of the sack portion 24 applied to the inner area of the seat portion 21, the injected fuel pressure applied to ((the sectional area of the first guide shaft 30) − (the sectional area of the seat portion 21)), and the control pressure chamber 14 Since the fuel pressure applied to the top surface of the needle 20 and the downward load applied by the needle spring 35 are superior to the upward load caused by the control fuel pressure applied to the pressure receiving surface 130, the needle 20 is seated at the seat portion 21. is doing.
[0056]
The control pressure chamber is obtained by gradually increasing the applied voltage of the electrostrictive actuator 1 and extending the electrostrictive actuator 1 during a period from a time several tens μs to several tens of ms before the desired injection start time to immediately before the injection start. Increase the pressure of 14. The amount of increase in the applied voltage at this time is less than the required pressure increase amount for opening the needle 20 in the control pressure chamber 14 and the needle 20 does not open because the valve does not open due to pressure pulsation. This operation is called boosting before opening the valve.
[0057]
After boosting before opening the valve, the voltage is maintained until the desired opening timing.
If the voltage is further increased at the desired valve opening timing, the control pressure chamber pressure exceeds the valve opening pressure of the needle 20, and the needle 20 immediately increases.
After the valve opening, the applied voltage after the valve opening is maintained until the desired valve closing timing, and the lift amount of the needle 20 is maintained.
[0058]
At the desired valve closing timing, the applied voltage is lowered to the reference voltage, the electrostrictive actuator 1 is contracted to lower the pressure in the control pressure chamber 14, and the downward load of the needle 20 is overcome, so that the needle 20 is lowered. The injection ends when the user is seated.
As described above, it is possible to change the injection rate within the period of one injection by using the fuel injection valve and the driving method thereof described using the various embodiments of the invention. As a result, fuel can be injected at an optimal injection rate in accordance with engine conditions such as engine speed and load conditions, and fuel consumption can be improved and exhaust gas can be purified.
[Brief description of the drawings]
[Figure 1] 1st invention 1 is a system diagram of a first embodiment corresponding to FIG.
FIG. 2 is an operation explanatory diagram illustrating an operation of the fuel injection valve shown in the first embodiment of the first invention.
FIG. 3 shows a first embodiment in which O-rings 201 and 202 for maintaining oil tightness are provided on the first guide shaft 30 and the second guide shaft 32, respectively, in the first embodiment of the first invention. Light It is a system diagram of a second embodiment corresponding to the above.
[Fig. 4] 1st invention It is a system diagram of a third embodiment corresponding to FIG.
[Figure 5] 1st invention It is a system diagram of a fourth embodiment corresponding to FIG.
[Fig. 6] 1st invention It is a system diagram of a fifth embodiment corresponding to.
[Fig. 7] 1st invention It is a system diagram which shows 6th Embodiment corresponding to.
FIG. 8 is an operation explanatory diagram of a regulator used in the first embodiment of the second invention.
FIG. 9 Third invention FIG. 5 is an operation explanatory diagram for explaining a method of driving an electrostrictive actuator as a first embodiment corresponding to FIG.
FIG. 10 Third invention FIG. 6 is an operation explanatory diagram illustrating a method of driving an electrostrictive actuator as a second embodiment corresponding to the above.
FIG. 11 Third invention FIG. 6 is an operation explanatory diagram illustrating a method for driving an electrostrictive actuator as a third embodiment corresponding to the above.
FIG. First FIG. 6 is an operation explanatory diagram illustrating a method of driving an electrostrictive actuator as the first embodiment of the fourth invention.
FIG. 13 is a cross-sectional view of a fuel injection valve shown in Japanese Examined Patent Publication No. 4-54065, which is a known fuel injection valve using an electrostrictive actuator as an actuator.
[Explanation of symbols]
1 Electrostrictive actuator
2 Injection valve casing
10 piston
14 Control pressure chamber
20 needle
22 Nozzle casing
25 Oil sump
30 First guide shaft
31 1st guide hole
32 Second guide shaft
33 Second guide hole
42 Controlled fuel introduction path
43 Orifice
44 Check valve
45 Injection fuel flow path
48 Fuel pressure transmission path
49 Fuel chamber
50 Third guide shaft
51 3rd guide hole
52 Rod
90 4th guide hole
91 4th guide shaft
100 Needle spring storage room
110 Drain hole
111 Second downward pressure-receiving surface
130 First downward pressure-receiving surface

Claims

In a fuel injection valve that opens and closes in response to a pressure change corresponding to a volume change of a control pressure chamber accompanying expansion and contraction of an electrostrictive actuator,
A first guide shaft that slides in an oil- tight manner with a small clearance with respect to the first guide hole of the nozzle casing, and isolates the oil sump from the control pressure chamber;
The first guide hole of the piston that slides relative to the injection valve casing can be slid in an oil-tight manner with a minute clearance, the control pressure chamber and the needle spring storage chamber are isolated, and the first A second guide shaft formed above the guide shaft and having a larger diameter than the first guide shaft;
A third guide shaft that maintains a slight clearance with respect to the third guide hole of the injection valve casing above the second guide shaft and slides in an oil-tight manner;
A needle for exposing a first downward pressure receiving surface formed by a step between the first guide shaft and the second guide shaft to the control pressure chamber;
A fuel pressure transmission path for introducing high-pressure injected fuel supplied to the fuel injection valve to a fuel chamber around the top surface of the third guide shaft of the needle;
A check valve for suppressing fuel flow from the control pressure chamber to the injected fuel flow path and an orifice for suppressing rapid fuel flow in the middle of the controlled fuel introduction path connecting the control pressure chamber and the injected fuel flow path In series,
A fuel injection valve characterized in that fuel is injected by opening the control pressure chamber by pressurizing the electrostrictive actuator.

In a fuel injection valve that opens and closes in response to a pressure change corresponding to a volume change of a control pressure chamber accompanying expansion and contraction of an electrostrictive actuator,
A first guide shaft that slides in an oil-tight manner while maintaining a minute clearance with respect to the first guide hole of the nozzle casing and isolates the drain hole and the control pressure chamber;
It slides in an oil tight manner with a minute clearance with respect to the second guide hole of the piston, isolates the control pressure chamber and the needle spring storage chamber, is formed above the first guide shaft, and A second guide shaft having a diameter wider than one guide shaft;
A third guide shaft that slides oil-tightly in the vertical direction while maintaining a slight clearance with respect to the third guide hole of the injection valve casing above the second guide shaft;
The fourth guide shaft having a small clearance with respect to the fourth guide hole of the nozzle casing, sliding in an oil-tight manner to isolate the oil sump and the drain hole, and having a diameter smaller than that of the first guide shaft;
A first downward pressure-receiving surface formed by a step between the first guide shaft and the second guide shaft is exposed to the control pressure chamber, and is formed by a step between the first guide shaft and the fourth guide shaft. A needle that exposes the second downward pressure-receiving surface to the drain hole;
A fuel pressure transmission path for introducing the injected fuel supplied to the fuel injection valve into the fuel chamber near the top surface of the third guide shaft ;
A check valve for suppressing fuel flow from the control pressure chamber to the injected fuel flow path, and an orifice for suppressing rapid fuel flow in the middle of the control fuel introduction path connecting the control pressure chamber and the injected fuel flow path In series,
A fuel injection valve characterized in that the control pressure chamber is pressurized by the electrostrictive actuator to open and inject fuel.

In a fuel injection valve that opens and closes in response to a pressure change corresponding to a volume change of a control pressure chamber accompanying expansion and contraction of an electrostrictive actuator,
A first guide shaft that slides in an oil-tight manner while maintaining a minute clearance with respect to the first guide hole of the nozzle casing and isolates the drain hole and the control pressure chamber;
It slides with a small clearance with respect to the second guide hole of the piston, isolates the control pressure chamber and the needle spring storage chamber, is formed above the first guide shaft, and is formed from the first guide shaft. A second guide shaft with a wide diameter;
The fourth guide shaft having a small clearance with respect to the fourth guide hole of the nozzle casing, sliding in an oil-tight manner to isolate the oil sump and the drain hole, and having a diameter smaller than that of the first guide shaft;
A first downward pressure-receiving surface formed by a step between the first guide shaft and the second guide shaft is exposed to the control pressure chamber, and a first step formed by the step between the first guide shaft and the fourth guide shaft. 2 a needle that exposes the downward pressure-receiving surface to the drain hole;
A fuel pressure transmission path for introducing the injected fuel supplied to the fuel injection valve into the fuel chamber above the third guide hole of the injection valve casing;
It has a slight clearance with respect to the third guide hole of the injection valve casing and slides up and down in an oil-tight manner, and is pushed down by receiving the pressure of the fuel chamber on the upper end surface. A rod in contact with the
A check valve for suppressing fuel flow from the control pressure chamber to the injected fuel flow path, and an orifice for suppressing rapid fuel flow in the middle of the control fuel introduction path connecting the control pressure chamber and the injected fuel flow path In series,
A fuel injection valve characterized in that the control pressure chamber is pressurized by the electrostrictive actuator to open and inject fuel.

In the control fuel introduction path connecting the control pressure chamber and the injected fuel flow path, a regulator is provided between the injected fuel flow path and the check valve, and the control pressure chamber is set to a pressure lower than the injected fuel pressure. The fuel injection valve according to any one of claims 1 to 3, wherein the fuel injection valve is provided.

In a fuel injection valve driving method for opening and closing a fuel injection valve by controlling a voltage applied to an electrostrictive actuator,
For a fuel injection valve that opens due to a pressure increase in a control pressure chamber due to the extension of the electrostrictive actuator,
During the period of no injection from the end of the previous injection to immediately before the desired injection start time, the amount of pressure increase in the control pressure chamber due to the extension of the electrostrictive actuator is slightly lower than the amount of pressure increase required for valve opening. By gradually increasing the voltage applied to the electrostrictive actuator so that the seating is maintained until the required valve opening timing, the pressure is increased to a high pressure state in which the load difference in the vertical direction acting on the needle is small. A method for driving a fuel injection valve using an electrostrictive actuator.